課程設(shè)計(jì)（論文）裝配流水線的PLC控制設(shè)計(jì)

1、四川師范大學(xué)成都學(xué)院本科課程設(shè)計(jì)目 錄前言21. plc及其應(yīng)用41.1 plc的概念41.2 plc的組成41.3 plc的各組成元素的構(gòu)成及功能51.4 plc工作原理及其特點(diǎn)61.5 plc的應(yīng)用72. 硬件選擇72.1對(duì)plc的選取72.2 plc與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較103. 設(shè)計(jì)內(nèi)容103.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制要求103.2裝配流水線控制圖113.3系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)分析113.4 硬件設(shè)計(jì)113.4.1輸入/輸出點(diǎn)地址分配113.4.2 裝配流水線的plc控制外部硬件連線圖123.5 軟件設(shè)計(jì)123.5.1 plc的編程語(yǔ)言123.5.2工作流程圖133.5.3梯形圖程序(附錄)13

2、4. 基于組態(tài)王的流水線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)134.1 準(zhǔn)備工作144.2 組態(tài)王與plc的通信設(shè)置144.3 數(shù)據(jù)構(gòu)造154.4 動(dòng)畫(huà)制作164.5 動(dòng)畫(huà)連接165. 系統(tǒng)調(diào)試和運(yùn)行165.1在軟件step 7上的程序狀態(tài)監(jiān)控調(diào)試165.2在組態(tài)王上的監(jiān)控調(diào)試176. 設(shè)計(jì)總結(jié)177. 參考文獻(xiàn)198. 附錄208.1plc梯形圖20前言在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化，自動(dòng)化已成為突出的主題。化工等連續(xù)性生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化已基本得到解決。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專(zhuān)用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動(dòng)化的有效的辦法；控制機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動(dòng)化機(jī)械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動(dòng)化的重要辦

3、法。自上世紀(jì)六十年代，機(jī)械手被實(shí)現(xiàn)為一種產(chǎn)品后，對(duì)它的開(kāi)發(fā)應(yīng)用也在不斷發(fā)展，最典型的發(fā)展是生產(chǎn)者將此產(chǎn)品大量應(yīng)用于衛(wèi)生行業(yè)（全自動(dòng)生化分析儀），從而實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)生檢驗(yàn)中急需短時(shí)間、大量樣品數(shù)據(jù)的要求，但在衛(wèi)生領(lǐng)域的機(jī)械手因采用樣品品單一酶試劑顯色法，且采用濾光片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，造成試劑價(jià)格昂貴，限制了產(chǎn)品市場(chǎng)的發(fā)展。 隨著技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)械手的設(shè)計(jì)已經(jīng)實(shí)破了單一試劑、加熱及濾光片的束縛。比如美國(guó) oi 公司的產(chǎn)品，可針對(duì)單一項(xiàng)目，次序加 4 種試劑，加熱溫度也提高到 50 ，檢測(cè)器則采用二極管陳列技術(shù)，這些進(jìn)步為新領(lǐng)域的應(yīng)用提供了強(qiáng)大支持。有專(zhuān)家估計(jì)未來(lái)10 年，全自動(dòng)流動(dòng)分析儀的市場(chǎng)份額中，將有 50

4、被全自動(dòng)化學(xué)分析機(jī)械手取代。 通過(guò)了解上述兩類(lèi)產(chǎn)品的技術(shù)特點(diǎn)我們不難看出，機(jī)械手具有微升級(jí)試劑消耗，不受模板束縛，分析中不同檢測(cè)項(xiàng)目可穿插完成，可完成研發(fā)性波長(zhǎng)掃描優(yōu)化檢測(cè)條件，用戶可自行設(shè)計(jì)新的檢測(cè)項(xiàng)目，體積小，甚至可做現(xiàn)場(chǎng)快速分析等特點(diǎn)。 由此也不難看出，以前流動(dòng)分析中不適合的用戶群，如樣品檢測(cè)單一種類(lèi)少而樣品量多的情況，為機(jī)械手的應(yīng)用提供了可能性。對(duì)衛(wèi)生行業(yè)的快速分析中，也因新型機(jī)械手的設(shè)計(jì)特點(diǎn)而使取代昂貴的試劑，降低分析成本成為可能。機(jī)械手不能完全取代流動(dòng)分析產(chǎn)品一個(gè)重要的理由是：一些特殊樣品處理技術(shù)不能在線實(shí)現(xiàn)，如萃取、高溫蒸餾，需要離線進(jìn)行，相信隨著技術(shù)的進(jìn)步，這些方面的技術(shù)也會(huì)提

5、高。正如一句廣告語(yǔ)所講的“沒(méi)有最好，只有更好” 。且現(xiàn)代化的注塑機(jī)常常配置有機(jī)械手，以提高生產(chǎn)效率。注塑機(jī)械手是能夠模仿人體上肢的部分功能，可以對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)控制使其按照預(yù)定要求輸送制品或操持工具進(jìn)行生產(chǎn)操作的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。注塑機(jī)械手是為注塑生產(chǎn)自動(dòng)化專(zhuān)門(mén)配備的機(jī)械，它可以在減輕繁重的體力勞動(dòng)、改善勞動(dòng)條件和安全生產(chǎn)；提高注塑成型機(jī)的生產(chǎn)效率、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、降低廢品率、降低生產(chǎn)成本、增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力等方面起到及其重要的作用。隨著工業(yè)機(jī)械化和自動(dòng)化的發(fā)展以及氣動(dòng)技術(shù)自身的一些優(yōu)點(diǎn)，控制技術(shù)，數(shù)控技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)自動(dòng)化的各個(gè)行業(yè)。近20年來(lái)，它們的應(yīng)用領(lǐng)域迅速拓寬，尤其是在各種自動(dòng)化生產(chǎn)線上

6、得到廣泛應(yīng)用。電氣可編程控制技術(shù)與氣動(dòng)技術(shù)相結(jié)合，使整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)化程度更高，控制方式更靈活，性能更加可靠；氣動(dòng)機(jī)械手、柔性自動(dòng)生產(chǎn)線的迅速發(fā)展，對(duì)氣動(dòng)技術(shù)提出了更多更高的要求；微電子技術(shù)的引入，促進(jìn)了電氣比例伺服技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，使氣動(dòng)技術(shù)從開(kāi)關(guān)控制進(jìn)入閉環(huán)比例伺服控制，控制精度不斷提高；由于氣動(dòng)脈寬調(diào)制技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗污染能力強(qiáng)和成本低廉等特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外都在大力開(kāi)發(fā)研究。 從各國(guó)的行業(yè)統(tǒng)計(jì)資料來(lái)看，近30多年來(lái)，氣動(dòng)行業(yè)發(fā)展很快。我國(guó)的氣動(dòng)行業(yè)起步較晚，但發(fā)展較快。從20世紀(jì)80年代中期開(kāi)始，氣動(dòng)元件產(chǎn)值的年遞增率達(dá)20%以上，高于中國(guó)機(jī)械工業(yè)產(chǎn)值平均年遞增率。隨著微電子技術(shù)

7、、plc技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，氣動(dòng)技術(shù)已成為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代傳動(dòng)與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。1. plc及其應(yīng)用1.1 plc的概念可編程序控制器，英文稱(chēng)programmable controller，簡(jiǎn)稱(chēng)pc。但由于pc容易和個(gè)人計(jì)算機(jī)（personal computer）混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣地用plc作為可編程序控制器的縮寫(xiě)。它是一個(gè)以微處理器為核心的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)裝置，專(zhuān)為在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用以在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)/計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。plc是

8、微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)，又照顧到現(xiàn)場(chǎng)電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣，特別是plc的程序編制，不需要專(zhuān)門(mén)的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言知識(shí)，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡(jiǎn)單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué)；調(diào)試與查錯(cuò)也都很方便。用戶在購(gòu)到所需的plc后，只需按說(shuō)明書(shū)的提示，做少量的接線和簡(jiǎn)易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將plc應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。1.2 plc的組成plc的構(gòu)成： plc的類(lèi)型繁多，功能和指令系統(tǒng)也不盡相同，但結(jié)構(gòu)與工作原理則大同小異，通

9、常由主機(jī)、輸入/輸出接口、電源擴(kuò)展器接口和外部設(shè)備接口等幾個(gè)主要部分組成。plc的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：圖1 plc的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.3 plc的各組成元素的構(gòu)成及功能l cpu的構(gòu)成及功能-cpu是plc的核心，起神經(jīng)中樞的作用，主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，cpu單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。每套plc至少有一個(gè)cpu，它按plc的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和plc內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存儲(chǔ)

10、器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。l i/o模塊- plc與電氣回路的接口，是通過(guò)輸入輸出部分（i/o）完成的。i/o模塊集成了plc的i/o電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入plc系統(tǒng)，輸出模塊相反。i/o種類(lèi)有開(kāi)關(guān)量輸入（di），開(kāi)關(guān)量輸出（do），模擬量輸入（ai），模擬量輸出（ao）等。l 內(nèi)存-內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是plc不可缺少的組成單元。不同機(jī)型的plc期內(nèi)存大小也不盡相同，除主機(jī)單元的已有的內(nèi)存區(qū)外，大部分機(jī)型還可根據(jù)用戶具體需要加以擴(kuò)展。l 電源模塊-pl

11、c電源用于為plc各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供24v的工作電源。電源輸入類(lèi)型有：交流電源（220vac或110vac），直流電源（常用的為24vac）。 l 底板或機(jī)架-大多數(shù)模塊式plc使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使cpu能訪問(wèn)底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體。l plc系統(tǒng)的其它設(shè)備-i) 編程設(shè)備：編程器是plc開(kāi)發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，用于編寫(xiě)程序、對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控plc及plc所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場(chǎng)控制運(yùn)行。某些plc也配有手持型編程器，目前一般由計(jì)算機(jī)

12、（運(yùn)行編程軟件）充當(dāng)編程器。ii) 人機(jī)界面：最簡(jiǎn)單的人機(jī)界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來(lái)越廣泛，由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機(jī)界面也非常普及。iii)輸入輸出設(shè)備：用于永久性地存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)，如eprom、eeprom寫(xiě)入器、條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器，打印機(jī)等。l plc的通信聯(lián)網(wǎng)-依靠先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動(dòng)化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來(lái)越顯著，甚至有人提出"網(wǎng)絡(luò)就是控制器"的觀點(diǎn)說(shuō)法。 plc具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使plc與plc 之間、plc與上位計(jì)算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能

13、夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)plc具有rs-232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。對(duì)于一個(gè)自動(dòng)化工程(特別是中大規(guī)?？刂葡到y(tǒng))來(lái)講，選擇網(wǎng)絡(luò)非常重要的。首先,網(wǎng)絡(luò)必須是開(kāi)放的，以方便不同設(shè)備的集成及未來(lái)系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)展；其次，針對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)層次的傳輸性能要求，選擇網(wǎng)絡(luò)的形式，這必須在較深入地了解該網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議和機(jī)制的前提下進(jìn)行；再次，綜合考慮系統(tǒng)成本、設(shè)備兼容性、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境適用性等具體問(wèn)題，確定不同層次所使用的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。1.4 plc工作原理及其特點(diǎn)plc的工作原理：plc是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的。即在plc運(yùn)行時(shí)，cpu根據(jù)用戶按控制要求

14、編制好并存于用戶存儲(chǔ)器中的程序，按指令步序號(hào)（或地址號(hào)）作周期性循環(huán)掃描，如無(wú)跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開(kāi)始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開(kāi)始下一輪新的掃描。在每次掃描過(guò)程中，還要完成對(duì)輸入信號(hào)的采樣和對(duì)輸出狀態(tài)的刷新等工作。plc的一個(gè)掃描周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段 plc的特點(diǎn)：l 抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高。l 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)。l 編程方便，易于使用。l 功能強(qiáng)大，成本低。l 設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試的周期短。l 維護(hù)方便。1.5 plc的應(yīng)用 初期的plc主要在以開(kāi)關(guān)量居多的電氣順序控制系統(tǒng)中使用，但在20世紀(jì)90年代后，plc也被廣泛地在

15、流程工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中使用，一直到現(xiàn)在的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，plc更是其中的主角，起應(yīng)用面越來(lái)越廣.目前，世界上有200多廠家生產(chǎn)300多品種plc產(chǎn)品，應(yīng)用在汽車(chē)、糧食加工、化學(xué)/制藥、金屬/礦山、紙漿/造紙等行業(yè)。plc的主要應(yīng)用范圍通?？煞殖梢韵聨追N： l 中小型電氣控制系統(tǒng)。l 制造業(yè)自動(dòng)化。l 運(yùn)動(dòng)控制。 l 流程工業(yè)自動(dòng)化。2. 硬件選擇2.1對(duì)plc的選取由于市場(chǎng)的需求和西門(mén)子plc的廣泛應(yīng)用所以我選取的是s7-200.我們對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明：s7-200系列是一類(lèi)可編程邏輯控制器（micro plc）。這一系列產(chǎn)品可以滿足多種多樣的自動(dòng)化控制需要，下圖展示一臺(tái)s7-200 micro

16、 plc的 cpu226系列plc的cpu外型圖，具有緊湊的設(shè)計(jì)、良好的擴(kuò)展性、低廉的價(jià)格以及強(qiáng)大的指令，使得s7-200可以近乎完美地滿足小規(guī)模的控制要求。此外，豐富的cpu類(lèi)型和電壓等級(jí)使其在解決用戶的工業(yè)自動(dòng)化問(wèn)題時(shí)，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。s7-200 cpu模塊包括一個(gè)中央處理器單元（cpu）、電源以及數(shù)字量i/o點(diǎn)，這些都被集成在一個(gè)緊湊、獨(dú)立的設(shè)備中。圖2 s7-200 cpu外型圖l cpu負(fù)責(zé)執(zhí)行程序和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，以便對(duì)工業(yè)自動(dòng)控制任務(wù)或過(guò)程進(jìn)行控制。l 輸入和輸出是系統(tǒng)的控制點(diǎn)：輸入部分從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（例如傳感器或開(kāi)關(guān)）中采集信號(hào)，輸出部分則控制泵、電機(jī)、以及工業(yè)過(guò)程中的其他設(shè)備。l

17、電源向cpu及其所連接的任何模塊提供電力。l 通訊端口允許將s7-200cpu同編程器或一些設(shè)備連接起來(lái)。l 狀態(tài)信號(hào)燈顯示了cpu的工作模式（運(yùn)行或停止），本機(jī)的i/o的當(dāng)前狀態(tài)，以及檢查出來(lái)的系統(tǒng)錯(cuò)誤。l 通過(guò)擴(kuò)展模塊可以增加cpu的i/o點(diǎn)數(shù)（cpu221不可以擴(kuò)展）。l 通過(guò)擴(kuò)展模塊可以提供其通訊功能。l 一些cpu具有內(nèi)置實(shí)時(shí)時(shí)鐘，其他cpu需要實(shí)時(shí)時(shí)鐘卡。l eeprom卡可以存儲(chǔ)cpu程序，也可以將一個(gè)cpu中的程序傳送到另一個(gè)cpu中。l 通過(guò)可選的插入式電池盒可延長(zhǎng)ram中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間。 圖3展示了一個(gè)基本的s7-200 micro plc.它包括一個(gè)s7-200 cpu

18、模塊,一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)(pc),step 7-micro/win32(3.1版)編程軟件,以及一條通訊電纜.為了使用個(gè)人計(jì)算機(jī)(pc),你必須以下一種設(shè)備:一條pc/ppi 電纜；一個(gè)通訊處理器(pc)和多點(diǎn)接口(mpi)電纜；一塊mpi卡,隨mpi卡提供一根通訊電纜。圖3 s7-200 micro plc 系統(tǒng)的組成lc選擇cpu226能夠有效滿足裝配流水線的需求它有24輸入16輸出的i/o口供大家使用。plc模塊的選擇：采用cpu226的主機(jī)和輸出擴(kuò)展模塊em222簡(jiǎn)要介紹對(duì)擴(kuò)展模塊的選?。簊7-200plc的i/o擴(kuò)展模塊有：l 輸入擴(kuò)展模塊em221: 共有3種產(chǎn)品，即8點(diǎn)和16點(diǎn)dc、

19、8點(diǎn)ac。l 輸出擴(kuò)展模塊em222：共有5種產(chǎn)品，即8點(diǎn)dc和4點(diǎn)dc、8點(diǎn)ac、8點(diǎn)繼電器和4點(diǎn)繼電器。l 輸入/輸出混合模塊em223：共有6種產(chǎn)品。其中dc輸入/dc輸出的有3種，dc輸入/繼電器輸出的有三種，它們對(duì)應(yīng)的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)分別為4點(diǎn)、8點(diǎn)和16點(diǎn)。l 模擬量輸入擴(kuò)展模塊em231。l 模擬量輸出擴(kuò)展模塊em232。l 模擬量輸入/輸出擴(kuò)展模塊em235。2.2 plc與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較l plc與繼電器控制系統(tǒng)的比較：繼電接觸控制全部用硬器件、硬觸點(diǎn)和“硬”線連接，為全硬件控制；plc內(nèi)部大部分采用“軟”電器、“軟”接點(diǎn)和“軟”線連接，為軟件控制。plc的可靠性比繼電

20、接觸控制的高。l plc與微型計(jì)算機(jī)的比較：plc編程簡(jiǎn)便，計(jì)算機(jī)使用匯編語(yǔ)言或其他高級(jí)語(yǔ)言編程，比plc編程復(fù)雜。plc可靠性高，plc采用掃描方式進(jìn)行工作等。從上邊對(duì)plc的簡(jiǎn)單介紹和比較可以看出。由plc的硬件決定了它的可靠性和控制功能比繼電器控制系統(tǒng)高的多，它是專(zhuān)門(mén)為工業(yè)控制場(chǎng)合設(shè)計(jì)的，所以他的穩(wěn)定性也比一般通用計(jì)算機(jī)要好的多，而且它操作簡(jiǎn)單靈活，易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)升級(jí)和功能擴(kuò)展。所以在本設(shè)計(jì)中對(duì)裝配流水線的控制采用plc來(lái)進(jìn)行控制。3. 設(shè)計(jì)內(nèi)容3.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制要求有a1a10選瓶、裝瓶、蓋蓋、貼簽、傳送、成品入庫(kù)生產(chǎn)線操作工序，用10盞燈來(lái)模擬；并有啟動(dòng)/停止、移位、復(fù)位按鈕進(jìn)行操

21、作，如下圖所示。采用s7-200plc進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)，自動(dòng)等四種以上的裝瓶流水線工序控制。起動(dòng)后，再按一下移位，將按以下規(guī)律顯示：a5a6a7a8a9a1a5a6a7a8a9a2a5a6a7a8a9a3a5a6a7a8a9a4a5a6a7a8a9a10a5a6a7a8循環(huán)，a5、a6、a7、a8、a9分別是用來(lái)傳送的，a1是操作1選瓶，a2是操作2裝瓶，a3是操作3蓋蓋，a4是操作4貼簽,a10是成品入庫(kù)。3.2裝配流水線控制圖圖4 裝配流水線控制示意圖3.3系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)分析整個(gè)系統(tǒng)由操控面板來(lái)完成整個(gè)裝配流水線的的操作，工作通過(guò)光電傳感器進(jìn)行檢測(cè)。裝配流水線的全部動(dòng)作由plc控制完成。

22、3.4 硬件設(shè)計(jì)3.4.1輸入/輸出點(diǎn)地址分配表1 輸入/輸出地址分配輸入點(diǎn)分配輸出點(diǎn)分配名稱(chēng)輸入點(diǎn)名稱(chēng)輸出點(diǎn)名稱(chēng)輸出點(diǎn)啟動(dòng)按鈕i0.0a1 選瓶q0.0a6傳送q0.5復(fù)位按鈕i0.1a2 裝瓶q0.1a7傳送q0.6移位按鈕i0.3a3 蓋蓋q0.2a8傳送q0.7a4 貼簽q0.3a9傳送q1.0a5 傳送q0.4a10入庫(kù)q1.13.4.2 裝配流水線的plc控制外部硬件連線圖圖5 輸入輸出點(diǎn)地址分配和plc外部接線3.5 軟件設(shè)計(jì)3.5.1 plc的編程語(yǔ)言plc程序是plc指令的有序集合，plc運(yùn)行程序就是按一定的順序，執(zhí)行這集合中的一條條指令。指令是指示plc動(dòng)作的文字代碼或圖形

23、符號(hào)。使用的編程語(yǔ)言不同，這些文字代碼和圖形符號(hào)就不相同。plc提供了功能較為完整的編程語(yǔ)言，以適應(yīng)plc在工業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用。利用plc的編程語(yǔ)言，按照不同的控制要求編制不同的控制程序，這相當(dāng)于設(shè)計(jì)和改變繼電器控制的硬件接線，也就是所謂的“可編程序”。plc的編程語(yǔ)言一般有五種：順序功能圖(sequential function chart)、梯形圖(ladder diagram)、功能塊圖(function block diagram)、指令表(instruction list)和結(jié)構(gòu)文本(structured text)。其中，順序功能圖(sfc)、梯形圖(ld)、功能塊圖(fbd)是圖形

24、編程語(yǔ)言，指令表(il)和結(jié)構(gòu)文本(st)是文字語(yǔ)言。梯形圖(ld)是目前使用最廣泛的plc圖形編程語(yǔ)言，梯形圖與繼電器控制系統(tǒng)的電路圖相似，比較易于掌握、程序表達(dá)清楚。本系統(tǒng)plc程序的編制采用梯形圖語(yǔ)言，編程軟件為step 7，上位監(jiān)控軟件為組態(tài)王kingview 6.53。step 7軟件能夠完成制作程序、對(duì)可編程控制器cpu的寫(xiě)入/讀出、監(jiān)控程序運(yùn)行、調(diào)試程序、plc錯(cuò)誤診斷等一系列功能。3.5.2工作流程圖圖6 工作流程圖3.5.3梯形圖程序(附錄)4. 基于組態(tài)王的流水線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 準(zhǔn)備工作本設(shè)計(jì)采用的組態(tài)軟件是組態(tài)王kingview 6.53。在利用組態(tài)王設(shè)計(jì)流水線監(jiān)控系

25、統(tǒng)時(shí)，準(zhǔn)備工作包括新工程項(xiàng)目的建立與邏輯設(shè)備的創(chuàng)建。運(yùn)行“組態(tài)王6.53”，在彈出的工程管理器窗口雙擊“新建”圖標(biāo)，按照新建工程配置向?qū)Ы⒁粋€(gè)名為“裝配流水線的plc控制”的新工程，并將此工程設(shè)為組態(tài)王當(dāng)前工程。在創(chuàng)建工程項(xiàng)目后，在工程管理器中雙擊該工程就會(huì)進(jìn)入工程瀏覽器界面。此時(shí)，我們要做的是在組態(tài)王中定義與所用 plc相對(duì)應(yīng)的邏輯設(shè)備。在組態(tài)王中，組態(tài)王把每臺(tái)與之通信的設(shè)備(包括 plc、智能儀表、智能模塊及其它工控設(shè)備)看作是外部設(shè)備 它內(nèi)置了大量的設(shè)備驅(qū)動(dòng)作為組態(tài)王與外部設(shè)備的通信接口。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中只需根據(jù)“設(shè)備配置向?qū)А钡奶崾疽徊讲竭M(jìn)行，選擇與所用設(shè)備相對(duì)應(yīng)的邏輯設(shè)備即可完成外部設(shè)

26、備的定義。4.2 組態(tài)王與plc的通信設(shè)置在完成邏輯 plc的定義之后，要想實(shí)現(xiàn)plc與組態(tài)王之間的通信，還必須進(jìn)行通信設(shè)置。plc與上位計(jì)算機(jī)通信時(shí)，可以選用通信模塊與上位機(jī)通信，也可以在不添加擴(kuò)展卡的情況下使用編程口和計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，本設(shè)計(jì)采用后者。進(jìn)行通信設(shè)置時(shí)組態(tài)王與plc都需要進(jìn)行設(shè)置，且兩者的設(shè)置要相一致。在組態(tài)王中，雙擊“com1”圖標(biāo)，彈出“設(shè)置串口com1”對(duì)話框?！巴ㄓ嵆瑫r(shí)”為默認(rèn)值，除非特殊說(shuō)明，一般不需要修改?！巴ㄓ嵎绞健笔侵赣?jì)算機(jī)一側(cè)串口的通訊方式，一般計(jì)算機(jī)一側(cè)都為rs232。在“通訊參數(shù)”欄中，選擇設(shè)備對(duì)應(yīng)的波特率為9600、數(shù)據(jù)位為8、校驗(yàn)類(lèi)型為偶校驗(yàn)、停止位為

27、 1。組態(tài)王一側(cè)的通訊方式確定之后 ，plc也要進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。plc的參數(shù)設(shè)置一般通過(guò)v寄存器來(lái)進(jìn)行，在 plc編程軟件中編寫(xiě)如下語(yǔ)句：然后對(duì)邏輯設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，以便保證外部設(shè)備plc連接上了組態(tài)王，通訊正常。4.3 數(shù)據(jù)構(gòu)造組態(tài)王中，變量的集合被形象地稱(chēng)為“數(shù)據(jù)詞典”，數(shù)據(jù)詞典記錄了所有用戶可使用的數(shù)據(jù)變量的詳細(xì)信息。組態(tài)王中的變量可以分為基本類(lèi)型和特殊類(lèi)型兩大類(lèi)，基本類(lèi)型的變量又分為內(nèi)存變量和io變量?jī)煞N。在流水線控制系統(tǒng)中，所有的按鈕、指示燈都是開(kāi)關(guān)量，只有0、1兩種取值，并且它們都是通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序采集到的，所以這些變量類(lèi)型都定義為io離散變量。在工程瀏覽器中，選擇“數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)詞典”，雙擊

28、“新建圖標(biāo)”，彈出“變量屬性”對(duì)話框，定義相應(yīng)的變量屬性。按照上表的io分配表定義相應(yīng)的寄存器，并把連接設(shè)備設(shè)為之前在“設(shè)備配置向?qū)А鄙显O(shè)置的新 io設(shè)備。在定義變量屬性時(shí)要注意的是：寄存器 x定義為“只讀”時(shí)表示組態(tài)王只能從 plc上采集數(shù)據(jù)，不能向plc寫(xiě)人數(shù)據(jù)；而定義為“讀寫(xiě)”表示組態(tài)王和 plc之間是雙向的，可以互相交換數(shù)據(jù)；寄存器i/q只能定義為“只讀”屬性。本設(shè)計(jì)的“數(shù)據(jù)詞典”定義如下圖7所示：圖7 變量定義4.4 動(dòng)畫(huà)制作圖形畫(huà)面用于模擬實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，通過(guò)畫(huà)面我們就可以監(jiān)控流水線的運(yùn)行狀態(tài)。在組態(tài)王中設(shè)計(jì)畫(huà)面主要利用各種繪圖工具和圖庫(kù)管理器完成。本系統(tǒng)中流水線控制

29、畫(huà)面主要由啟動(dòng)、復(fù)位、移位等按鈕元素組成。整體畫(huà)面如圖8所示。圖8 裝配流水線的plc控制界面4.5 動(dòng)畫(huà)連接 所謂“動(dòng)畫(huà)連接”就是建立畫(huà)面的圖素與數(shù)據(jù)庫(kù)變量的對(duì)應(yīng)關(guān)系。本系統(tǒng)中要進(jìn)行動(dòng)畫(huà)連接的圖素有啟動(dòng)、移位、復(fù)位按鈕和a1-a1010盞指示燈等。在進(jìn)行動(dòng)畫(huà)連接時(shí)，除了進(jìn)行必要的變量關(guān)聯(lián)外，有時(shí)還需要進(jìn)行一定的命令語(yǔ)言。5. 系統(tǒng)調(diào)試和運(yùn)行5.1在軟件step 7上的程序狀態(tài)監(jiān)控調(diào)試 用軟件step 7編制好裝配流水線plc控制的梯形圖程序。在該軟件所在上位機(jī)的控制面板上設(shè)置pc通訊端口，通過(guò)pc/ppi電纜并使用ppi協(xié)議與s7-200通訊，然后進(jìn)行通訊連接，當(dāng)上位機(jī)掃描到所使用的plc時(shí)

30、，即表明連接正確。在軟件上讀取所連接plc型號(hào)成功后，即可將程序下載到plc的存儲(chǔ)器中，并進(jìn)行調(diào)試。具體步驟如下：l 按開(kāi)s7-200plc實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的電源開(kāi)關(guān)，即讓s7-200plc cpu接通電源；l 點(diǎn)擊軟件step 7 工具欄上的圖標(biāo)，即將程序下載至plc中；l 點(diǎn)擊軟件step 7 工具欄上的圖標(biāo)，即可進(jìn)入程序狀態(tài)監(jiān)控畫(huà)面；l 然后就可以按動(dòng)plc控制按鈕，并觀察指示燈的輸出情況，結(jié)合程序狀態(tài)監(jiān)控畫(huà)面各觸電和線圈的運(yùn)行情況，即可進(jìn)行裝配流水線的plc控制系統(tǒng)的調(diào)試。5.2在組態(tài)王上的監(jiān)控調(diào)試在完成組態(tài)王的裝配流水線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)之后，即可啟動(dòng)組態(tài)王運(yùn)行系統(tǒng)對(duì)流水線監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。在按

31、下啟動(dòng)，觀察指示燈的變化。在系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中，如果出現(xiàn)異常情況，其產(chǎn)生故障的原因一般是以下幾種情況：變量設(shè)置錯(cuò)誤；對(duì)象參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤；動(dòng)畫(huà)連接錯(cuò)誤或命令語(yǔ)言錯(cuò)誤。這時(shí)，應(yīng)返回到開(kāi)發(fā)系統(tǒng)做出相應(yīng)的修改，然后再次運(yùn)行觀察。經(jīng)過(guò)多次仿真測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：系統(tǒng)運(yùn)行正常，動(dòng)畫(huà)效果良好。6. 設(shè)計(jì)總結(jié)通過(guò)這次裝配流水線的設(shè)計(jì)，讓我對(duì)梯形圖、指令表、順序功能圖有了更好的了解，了解了很多plc的設(shè)計(jì)原理，也讓我知道了現(xiàn)代企業(yè)在完成自動(dòng)化控制中離不開(kāi)plc的控制，它可以使企業(yè)在生產(chǎn)的同時(shí)減少勞動(dòng)力和生產(chǎn)成本。目前我國(guó)很多地區(qū)的企業(yè)整個(gè)生產(chǎn)設(shè)備還比較落后且大部分工序都是通過(guò)人工來(lái)完成的，而流水線控制操作比較簡(jiǎn)單很適合中小企業(yè)的發(fā)展要求。但隨著科技不斷進(jìn)步我相信多功能復(fù)雜的裝配將會(huì)在不久的將來(lái)出現(xiàn)，所以在今后的學(xué)習(xí)和生活中我們還要不斷的學(xué)習(xí)和創(chuàng)新，只有這樣才能設(shè)計(jì)出更符合現(xiàn)代社會(huì)所需求的產(chǎn)品。以下是我對(duì)其在未來(lái)發(fā)展方向及展望：l